3735 ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И СВЯЗИ

Лабораторная работа № 1

 

ИССЛЕДОВАНИЕ LC–АВТОГЕНЕРАТОРА

ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

 

Цель работы

 

Исследование мягкого и жесткого режимов самовозбуждения, стационарного режима и процесса установления колебаний в LC-автогенераторе.

 

Теоретические сведения

 

В работе исследуется транзисторный автогенератор (АГ) с  колебательным контуром в цепи коллектора и трансформаторной положительной обратной связью (ОС). Принципиальная схема LC-автогенератора представлена на рис.1, эквивалентная схема  для переменных составляющих - на рис. 2.

Комплексный коэффициент передачи нелинейного избирательного усилителя по первой гармонике определяется выражением

.

(1)

Комплексный коэффициент передачи цепи обратной связи определяется выражением

.

(2)

Для исследуемой схемы

.

(3)

 

 

Рис.1. Принципиальная схема LC-генератора

 

Условиями самовозбуждения АГ на частоте генерации  являются:

(4)

Эти условия позволяют определить параметры схемы, при которых произойдет самовозбуждение АГ. В момент возбуждения, т.е. в режиме усиления малых колебаний, коэффициент передачи усилителя на резонансной частоте

 

(5)

где  - крутизна характеристики транзистора в рабочей точке;  - коэффициент включения транзистора в контур;  - эквивалентное резонансное сопротивление контура при полном включении.

 

 

Рис. 2. Эквивалентная схема LC-генератора по переменным составляющим

 

Тогда для исследуемой схемы соотношение (5) можно записать следующим образом:

.

(6)

В стационарном режиме в автогенераторе выполняется условие

.

(7)

Его можно записать в виде двух условий: баланса амплитуд

 

(8)

и баланса фаз (4).

Условие баланса амплитуд позволяет найти амплитуду стационарных колебаний в АГ, условие баланса фаз - их частоту. Наглядным способом определения амплитуды стационарных колебаний является графический. Для этого с учетом  преобразуем соотношение (8) к виду

.

(9)

Левую часть равенства (9) можно графически представить как зависимость коэффициента усиления на резонансной частоте от амплитуды колебания на базе . Правую часть равенства (9) можно интерпретировать в системе координат  как линию обратной связи (значения  от амплитуды колебания не зависят). Точка пересечения этих зависимостей и определяет амплитуду стационарных колебаний (рис. 3). В зависимости от положения рабочей точки на вольтамперной характеристике транзистора (рис. 5) различают  два режима самовозбуждения автогенератора: мягкий (рис.3,а) и жесткий (рис. 3,б).

 

а

б

 

Рис.3. Типичные зависимости коэффициента усиления (средней крутизны) от амплитуды напряжения на базе:

а - для мягкого режима, б - для жесткого режима

 

Описание лабораторной установки

 

Лабораторная установка состоит из базового блока, сменного устройства, милливольтметра, осциллографа и внешнего генератора. Передняя панель сменного устройства изображена на рис. 4, там же приведена принципиальная схема, нарисованная на передней панели сменного блока.

При выполнении лабораторной работы № 1 переключатель В5 "Схема" устанавливается в положение "2". В сменном устройстве находятся транзисторный LC-автогенератор и ряд вспомогательных узлов, позволяющих исследовать работу автогенератора. Необходимые для этого коммутации осуществляются переключателем В3 "Род работы", имеющим четыре положения: "1" - "ОС выкл.", "2" - "ОС вкл.", "3" - "Синхронизация", "4" - "Нестац.". При разомкнутой обратной связи

 

 

 

(положение "1") можно измерить параметры резонансного усилителя. При этом внешнее воздействие подается через трансформатор Тр1 с коэффициентом трансформации, близким к единице. Размыкание цепи обратной связи не изменяет режима работы схемы. В положении "2" может быть проведено исследование автогенератора в стационарном режиме. При исследовании автогенератора в нестационарном режиме (положение "4") цепь коллекторного питания автогенератора подключается к генератору прямоугольных импульсов. Длительность импульсов и частота повторения подобраны так, что переходные процессы в автогенераторе, вызванные коммутацией напряжения коллекторной цепи, успевают закончиться до следующей коммутации. В этом режиме можно наблюдать нестационарные процессы во времени.

Ручкой "Uб0 - смещение" можно плавно изменять напряжение смещения, которое измеряется вольтметром базового устройства, имеющим шкалу, рассчитанную на 1 В.

В установке величина коэффициента обратной связи изменяется за счет перемещения катушки связи Lос и фиксируется по шкале "Связь, см". Истинное значение коэффициента обратной связи Hос определяется по графику Hoс= j(l,см), прилагаемому к сменному устройству. С помощью переключателя В4 "Сопротивление Rш" параллельно колеба­тельному контуру может подключаться шунтирующее сопротивление. В установке гнезда Г1 используются для подключения внешнего воздейст­вия, гнезда  Г2 - для измерения его амплитуды внешним вольтметром. К гнездам Г3 и Г4 подводятся соответственно переменное напряжение с коллектора транзистора и напряжение обратной связи с катушки Loc. К гнездам Г5 подводится импульсное напряжение, используемое для внешней синхронизации и управления яркостью луча осциллографа.